FR2758221A1 - DEVICE FOR FILTERING CARDIAC ACTIVITY SIGNALS - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif reçoit en entrée des signaux provenant de moyens de recueil de données physiologiques, et délivre en sortie, à des moyens de traitement de ces données, des signaux s'étendant, dans le domaine fréquentiel, sur une bande spectrale élargie. Les moyens de recueil comprennent un premier filtre passe-haut réduisant l'étendue de la bande spectrale du signal reçu en entrée. Selon l'invention, le dispositif comprend un étage de compensation comportant un dispositif d'accentuation de caractéristique fréquentielle (32) inversée par rapport à celle (24) du premier filtre passe-haut, la fréquence de coupure (f1 ) du premier filtre passe-haut étant choisie supérieure à la fréquence inférieure (f0 ) de la bande spectrale. Avantageusement, il comprend en outre un second filtre passe-haut, dont la caractéristique (38) présente une fréquence de coupure correspondant à la fréquence inférieure (f0 ) de la bande spectrale.par.This device receives as input signals originating from physiological data collection means, and delivers at output, to means for processing these data, signals extending, in the frequency domain, over a widened spectral band. The collection means comprise a first high-pass filter reducing the extent of the spectral band of the signal received at the input. According to the invention, the device comprises a compensation stage comprising a device for accentuating the frequency characteristic (32) reversed with respect to that (24) of the first high-pass filter, the cut-off frequency (f1) of the first pass filter -high being chosen higher than the lower frequency (f0) of the spectral band. Advantageously, it further comprises a second high-pass filter, the characteristic of which (38) has a cut-off frequency corresponding to the lower frequency (f0) of the spectral band.
Description
La présente invention concerne le traitement des signaux recueillis parThe present invention relates to the processing of the signals collected by
les dispositifs médicaux, notamment par les "dispositifs médicaux implantables actifs" tels que définis par la Directive 90/385/CEE du 20 juin 1990 du Conseil des communautés européennes, par exemple les stimulateurs cardiaques, les défibrillateurs et/ou cardioverteurs, les medical devices, in particular "active implantable medical devices" as defined by Directive 90/385 / EEC of 20 June 1990 of the Council of the European Communities, for example cardiac pacemakers, defibrillators and / or cardiovers,
appareils neurologiques, les pompes de diffusion de substances médica- neurological devices, drug delivery pumps
les et les implants cochléaires.cochlear implants and implants.
L'invention sera principalement décrite dans le cas d'un stimula- The invention will be mainly described in the case of a stimulation
teur cardiaque, mais il ne s'agit là que d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention, qui est applicable de façon beaucoup plus générale à une très grande variété de dispositifs médicaux actifs, implantables ou However, this is only an example of an implementation of the invention, which is applicable much more generally to a very wide variety of active, implantable or
même non implantables, par exemple portés par le patient. even non-implantable, for example worn by the patient.
Dans ces appareils, l'activité cardiaque est recueillie aux bornes In these devices, cardiac activity is collected
d'électrodes et le signal obtenu est appliqué à un module d'amplifica- electrodes and the signal obtained is applied to an amplification module.
tion et de filtrage. L'amplificateur est généralement prévu pour rece- and filtering. The amplifier is usually designed to receive
voir des signaux de l'ordre du millivolt dans une bande de fréquence see signals of the order of millivolt in a frequency band
s'étendant sur une plage allant typiquement de 1 Hz à 80 Hz. extending over a range typically from 1 Hz to 80 Hz.
Mais les appareils les plus récents obligent à repousser ces limites. But the latest devices are pushing those limits.
En effet, par exemple, les stimulateurs du type VDD présentent Indeed, for example, the VDD type stimulators exhibit
des sensibilités beaucoup plus faibles, de l'ordre de 0,1 mV, car ils utili- much lower sensitivities, of the order of 0.1 mV, because they use
sent dans l'oreillette une électrode flottante pour le recueil des ondes P et, pour capter ces signaux, il est nécessaire d'accroître les gains des amplificateurs. Par ailleurs, les stimulateurs actuels possèdent des fonctions dites In the atrium there is a floating electrode for collecting the P waves, and to capture these signals it is necessary to increase the gain of the amplifiers. In addition, current pacemakers have functions called
"Holter", c'est-à-dire de mémorisation et d'analyse de l'activité cardia- "Holter", that is, memorization and analysis of cardiac activity.
que sur une très longue période, typiquement sur plusieurs heures. only over a very long time, typically over several hours.
L'analyse du signal endocavitaire qui est opérée à cet effet nécessite The analysis of the endocavitary signal that is operated for this purpose requires
une bande passante dont la fréquence minimale est beaucoup plus bas- a bandwidth whose minimum frequency is much lower-
se, typiquement 0,1 Hz, pour pouvoir par exemple analyser le segment is, typically 0.1 Hz, to be able for example to analyze the segment
ST du signal cardiaque.ST of the heart signal.
Ces perfectionnements entraînent l'apparition de problèmes nou- These improvements lead to the emergence of new problems.
veaux, notamment du fait de la bande passante beaucoup plus large especially because of the much wider bandwidth
dans le domaine des basses fréquences. in the field of low frequencies.
Tout d'abord, indépendamment de sa sensibilité, l'amplificateur First of all, regardless of its sensitivity, the amplifier
d'entrée doit pouvoir supporter l'amplitude élevée de l'impulsion de sti- should be able to withstand the high amplitude of the stimulus pulse.
mulation susceptible d'être appliquée par le dispositif, impulsion dont mulation likely to be applied by the device, an impulse
l'amplitude peut atteindre 10 V, et ensuite récupérer le plus rapide- the amplitude can reach 10 V, and then recover the fastest
ment possible une capacité d'écoute (sensibilité) de signaux de l'ordre possible listening capacity (sensitivity) of signals of the order
du millivolt.millivolt.
Pour pouvoir supporter la tension élevée de l'impulsion de stimula- tion, on prévoit toujours une période de "blanking" (déconnexion) des circuits d'entrée au moment o l'impulsion est délivrée. Toutefois, à la fin du blanking, au moment o l'amplificateur d'entrée est à nouveau commuté en écoute, une saturation importante de l'étage d'entrée peut encore se produire car le potentiel de l'interface coeur/électrode n'est In order to be able to withstand the high voltage of the stimulating pulse, there is always a blanking-out period for the input circuits at the moment the pulse is delivered. However, at the end of the blanking, when the input amplifier is again switched on listening, a significant saturation of the input stage can still occur because the potential of the heart / electrode interface n ' is
pas encore revenu à sa valeur de repos. not yet returned to its resting value.
Ce problème est en outre aggravé par le fait que le temps de récu- This problem is further aggravated by the fact that
pération de l'amplificateur est d'autant plus long que la fréquence de coupure du filtre passe-haut de l'étage d'entrée est plus faible: ainsi, pour un filtre passe-haut à coupure à 0,1 Hz, le temps de récupération the longer the cutoff frequency of the high-pass filter of the input stage is lower: thus, for a high-pass filter at 0.1 Hz cutoff, the time recovery
de l'amplificateur est de l'ordre de 10 s, ce qui est totalement incompa- the amplifier is of the order of 10 s, which is totally incompa-
tible avec le besoin que l'on a de répondre de façon rapide à la succes- tible with the need to respond quickly to the succes-
sion des signaux cardiaques.cardiac signals.
Il est certes possible d'appliquer la technique dite de "pré- ou post- It is certainly possible to apply the so-called "pre- or post-
charge", consistant à délivrer des charges électriques avant ou après l'impulsion de stimulation pour compenser l'allongement du temps de récupération. Toutefois, cette méthode est fortement consommatrice charge "of delivering electrical charges before or after the stimulating pulse to compensate for the increase in recovery time, but this method is a heavy consumer.
d'énergie et ne saurait être appliquée de façon permanente sans dimi- of energy and can not be applied permanently without
nuer notablement la durée de vie du dispositif implanté. significantly increase the life of the implanted device.
Un autre problème réside dans la taille des composants capacitifs et résistifs, qui est d'autant plus élevée qu'est basse la fréquence de coupure du filtre passe-haut de l'étage d'entrée. On voit ainsi que plus l'on élargit la fenêtre d'écoute dans le domaine des basses fréquences, plus il est nécessaire de disposer de composants de grande taille, ce qui est incompatible avec les impératifs de miniaturisation des circuits des Another problem lies in the size of the capacitive and resistive components, which is all the more high as the cut-off frequency of the high-pass filter of the input stage is lower. It is thus seen that the wider the listening window in the low frequency domain, the greater the need for large components, which is incompatible with the requirements of miniaturization of the circuits of the
appareils implantables.implantable devices.
L'un des buts de l'invention est de pallier ces inconvénients, en proposant un dispositif qui permette d'élargir notablement la bande d'analyse spectrale dans le domaine des basses fréquences, sans pour One of the aims of the invention is to overcome these drawbacks, by proposing a device which makes it possible to significantly widen the spectral analysis band in the low frequency domain, without
autant requérir des composants de grande taille ni, surtout, affecter si- require large components and, above all,
gnificativement le temps de récupération de l'amplificateur d'entrée du stimulateur. Comme on le comprendra, ce problème n'est pas propre aux seuls stimulateurs cardiaques, et se pose chaque fois que l'on est en présence de signaux recueillis par des capteurs tels que capteur d'activité, de respiration, etc. dont on souhaite pouvoir exploiter ultérieurement la composante à très basse fréquence tout en ayant pour le traitement significantly the recovery time of the stimulator input amplifier. As will be understood, this problem is not peculiar to pacemakers alone, and arises each time that one is in the presence of signals collected by sensors such as activity sensor, respiration, etc.. which one wishes to be able to exploit later the very low frequency component while having for the treatment
classique du signal des temps de réponse réduits. classic signal response times reduced.
Essentiellement, l'invention propose de choisir une fréquence de coupure du filtre passe-haut de l'étage d'entrée du stimulateur plus élevée que les valeurs habituelles (par exemple 4 Hz au lieu de 1 Hz) et Essentially, the invention proposes to choose a cut-off frequency of the higher pass filter of the input stage of the stimulator higher than the usual values (for example 4 Hz instead of 1 Hz) and
de prévoir un étage de compensation, de préférence à filtrage numéri- to provide a compensation stage, preferably with digital filtering.
que, qui compense l'atténuation due au filtre d'entrée. that, which offsets the attenuation due to the input filter.
L'étage de compensation peut n'être utilisé que lorsque l'on désire exploiter les composantes à très basse fréquence du signal. Il peut être soit intégré à la prothèse implantable (pour permettre par exemple une analyse en temps réel du signal cardiaque) soit incorporé par exemple à un programmateur ou autre appareil externe destiné à coopérer avec la The compensation stage can only be used when it is desired to exploit the very low frequency components of the signal. It can either be integrated with the implantable prosthesis (to allow, for example, a real-time analysis of the cardiac signal) or incorporated for example into a programmer or other external device intended to cooperate with the implantable prosthesis.
prothèse implantée pour traiter les signaux recueillis. prosthesis implanted to treat the collected signals.
Plus précisément, le dispositif de l'invention est un dispositif de filtrage qui est du type, connu, recevant en entrée des signaux de moyens de recueil de données physiologiques, et délivrant en sortie, à des moyens de traitement de ces données, des signaux s'étendant, dans le domaine fréquentiel, sur une bande spectrale élargie, les moyens de recueil comprenant un premier filtre passe-haut réduisant l'étendue de More specifically, the device of the invention is a filtering device which is of the known type, receiving input signals of physiological data collection means, and outputting, to means for processing these data, signals extending, in the frequency domain, over an enlarged spectral band, the collection means comprising a first high-pass filter reducing the range of
la bande spectrale du signal reçu en entrée. Selon l'invention, il com- the spectral band of the signal received at the input. According to the invention, it
prend un étage de compensation comportant un dispositif d'accentua- takes a compensation stage with an accentuation device
tion de caractéristique fréquentielle inversée par rapport à celle du premier filtre passe-haut, la fréquence de coupure du premier filtre passe-haut étant choisie supérieure à la fréquence inférieure de la reverse frequency characteristic with respect to that of the first high-pass filter, the cut-off frequency of the first high-pass filter being chosen to be greater than the lower frequency of the
bande spectrale élargie.enlarged spectral band.
Selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses: - le dispositif comprend en outre un second filtre passe-haut, dont la caractéristique présente une fréquence de coupure correspondant à la fréquence inférieure de la bande spectrale élargie - le dispositif d'accentuation et le premier filtre passe-haut ont même fréquence de coupure et des fonctions de transfert inverses; - l'ordre de la fonction de transfert du second filtre passe-haut est supérieur à l'ordre de la fonction de transfert du premier filtre passe-haut; - la fréquence inférieure de la bande spectrale élargie est de l'ordre de 0,1 Hz et la fréquence de coupure du premier filtre passe-haut According to a certain number of advantageous characteristics: the device furthermore comprises a second high-pass filter, whose characteristic has a cut-off frequency corresponding to the lower frequency of the enlarged spectral band; the accentuation device and the first filter passes. -have same cutoff frequency and inverse transfer functions; the order of the transfer function of the second high-pass filter is greater than the order of the transfer function of the first high-pass filter; the lower frequency of the enlarged spectral band is of the order of 0.1 Hz and the cutoff frequency of the first high-pass filter
est de l'ordre de 4 Hz.is of the order of 4 Hz.
L'invention est également applicable, de façon symétrique, à l'élar- The invention is equally applicable, symmetrically, to the extension
gissement de la bande des fréquences vers le haut. frequency band up.
Ceci permet, notamment, de restreindre vers le haut la bande pas- This makes it possible, in particular, to restrict the band
sante aux étages d'amplification et de numérisation en limitant corré- on the amplification and digitization stages by limiting the
lativement l'influence des signaux externes haute fréquence pouvant the influence of high frequency external signals
engendrer des saturations des étages d'amplification, mais en restau- generate saturations of the amplification stages, but in resto-
rant ultérieurement le signal utile dans toute la largeur de la bande later the useful signal in the whole width of the band
spectrale pour permettre une analyse complète. spectral to allow a complete analysis.
Dans cette dernière forme de mise en oeuvre, les moyens de recueil In this last form of implementation, the means for collecting
comprennent un premier filtre passe-bas réduisant l'étendue de la ban- include a first low-pass filter reducing the extent of the
de spectrale du signal reçu en entrée et, selon l'invention, le dispositif of the signal received at the input and, according to the invention, the device
comprend un étage de compensation comportant un dispositif d'accen- comprises a compensation stage comprising an amplification device
tuation de caractéristique fréquentielle inversée par rapport à celle du premier filtre passe-bas, la fréquence de coupure du premier filtre passe-bas étant choisie inférieure à la fréquence inférieure de la bande inverted frequency characteristic tuition with respect to that of the first low pass filter, the cutoff frequency of the first low pass filter being chosen lower than the lower frequency of the band
spectrale élargie.enlarged spectral.
Dans ce cas, selon un certain nombre de caractéristiques avanta- In this case, according to a number of
geuses: - le dispositif comprend en outre un second filtre passe-bas, dont la caractéristique présente une fréquence de coupure correspondant à la fréquence supérieure de la bande spectrale élargie; - le dispositif d'accentuation et le premier filtre passe-bas ont même fréquence de coupure et des fonctions de transfert inverses; geuses: - the device further comprises a second low-pass filter, whose characteristic has a cutoff frequency corresponding to the upper frequency of the enlarged spectral band; the accenting device and the first low-pass filter have the same cut-off frequency and inverse transfer functions;
- l'ordre de la fonction de transfert du second filtre passe-bas est su- the order of the transfer function of the second low-pass filter is su-
périeur à l'ordre de la fonction de transfert du premier filtre passe- less than the order of the transfer function of the first pass filter
bas. Le dispositif de filtrage de l'invention, dans l'une ou l'autre de ses low. The filtering device of the invention, in one or other of its
formes de réalisation, peut être incorporé à un dispositif médical im- embodiments, can be incorporated into an impending medical device.
plantable actif, à un programmateur externe prévu pour coopérer avec active plantable, to an external programmer intended to cooperate with
un dispositif médical actif implanté, ou bien encore à un boîtier d'inter- implanted active medical device, or even an
façage à un tel programmateur.to such a programmer.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de Other features of the invention will become apparent on reading
la description d'un exemple de mise en oeuvre ci-dessous, en référence the description of an example of implementation below, with reference
aux dessins annexes.attached drawings.
La figure 1 est un schéma par blocs de la chaîne de recueil et de Figure 1 is a block diagram of the chain of collection and
traitement du signal cardiaque.treatment of the cardiac signal.
La figure 2 est un diagramme de Bode montrant la caractéristique Figure 2 is a Bode diagram showing the characteristic
d'atténuation du filtre de l'étage d'entrée du dispositif implanté. attenuation of the filter of the input stage of the implanted device.
La figure 3 est un diagramme de Bode montrant, respectivement, la caractéristique du filtre de l'étage d'entrée et les caractéristiques des Fig. 3 is a Bode diagram showing, respectively, the characteristic of the input stage filter and the characteristics of the
filtres selon l'invention.filters according to the invention.
La figure 4 est un diagramme de Bode montrant la caractéristique Figure 4 is a Bode diagram showing the characteristic
de réponse spectrale résultante.resulting spectral response.
Les figures 5, 6 et 7 sont des chronogrammes montrant l'allure du signal cardiaque endocavitaire, respectivement tel que recueilli, filtré par l'étage d'entrée du stimulateur et reconstruit après application de Figures 5, 6 and 7 are timing diagrams showing the pace of the endocavitary cardiac signal, respectively as collected, filtered by the stimulator input stage and reconstructed after application of
la compensation selon l'invention.compensation according to the invention.
Les figures 8, 9 et 10 sont homologues des figures 2, 3 et 4, lorsque FIGS. 8, 9 and 10 are similar to FIGS. 2, 3 and 4, when
l'on souhaite élargir la bande spectrale dans le domaine des hautes fré- it is desired to broaden the spectral band in the field of high frequencies.
quences. 0oquences. 0o
La figure 1 est un schéma par blocs d'un dispositif implantable ac- FIG. 1 is a block diagram of an implantable implantable device
tif, comprenant une électrode 10 recueillant un signal cardiaque endo- tif, comprising an electrode 10 collecting an endocardial
cavitaire S1, qui est appliqué à un circuit 12 d'amplification et de fil- cavity S1, which is applied to a circuit 12 for amplification and filtering.
trage puis à un convertisseur analogique/numérique 13. Ce convertis- then to an analogue / digital converter.
seur doit avoir la résolution nécessaire pour coder l'information utile du must have the necessary resolution to code the useful information of the
signal S1 après qu'elle ait été atténuée par le bloc 12. Le signal ampli- signal S1 after it has been attenuated by block 12. The amplified signal
fié, filtré et numérisé S2 alimente une pluralité de modules, à savoir un filtered, filtered and digitized S2 feeds a plurality of modules, namely a
module de détection 14, un module de capture 16 et un circuit 18 d'ana- detection module 14, a capture module 16 and a circuit 18 for analyzing
lyse de l'électrocardiogramme (ECG) filtré par le circuit 12. lysis of the electrocardiogram (ECG) filtered by the circuit 12.
Ces modules peuvent être des circuits spécifiques ou, en variante, des blocs logiciels opérant sur un signal préalablement échantillonné et numérisé au sein du bloc 12. These modules may be specific circuits or, alternatively, software blocks operating on a previously sampled and digitized signal within block 12.
Comme on l'a indiqué au début de la description, les circuits ac- As indicated at the beginning of the description, the circuits
tuels, tels que le circuit 18, d'analyse de l'ECG filtré opèrent sur une such as circuit 18 for filtered ECG analysis operate on a
bande spectrale s'étendant typiquement de 1 Hz à 80 Hz, ces deux fré- spectral band typically ranging from 1 Hz to 80 Hz, these two frequencies
quences correspondant à des fréquences de coupure passe-haut et pas- quences corresponding to high and low pass cut-off frequencies
se-bas, respectivement, du filtrage opéré dans le bloc 12. below, respectively, of the filtering performed in block 12.
Comme on l'a indiqué au début de la présente description, les cir- As indicated at the beginning of this description, the cir-
cuits des stimulateurs actuels ne sont cependant pas adaptés aux per- However, current stimulators are not suitable for
formances des appareils les plus récents. the latest equipment.
En effet, pour réaliser des fonctions Holter, il est nécessaire de Indeed, to perform Holter functions, it is necessary to
pouvoir analyser des ECG dans une fenêtre d'écoute débutant à 0,1 Hz. ability to analyze ECGs in a listening window starting at 0.1 Hz.
Mais si l'on choisit pour le filtre passe-haut d'entrée une fréquence de But if one chooses for the input high-pass filter a frequency of
coupure beaucoup plus faible, le temps de récupération de l'amplifica- much lower cutoff, the recovery time of the amplifica-
teur devient prohibitif, ce qui crée une incompatibilité avec la nécessité de répondre de façon rapide à la succession des signaux cardiaques. En outre, un filtre passe-haut à fréquence de coupure très basse requiert des composants capacitifs et résistifs de taille importante, qui peuvent becomes prohibitive, which creates an incompatibility with the need to respond quickly to the succession of cardiac signals. In addition, a high-pass filter with a very low cut-off frequency requires large capacitive and resistive components, which can
ne pas être intégrables dans un dispositif implantable. not be integrable into an implantable device.
Pour remédier à cette difficulté, l'invention propose de relever la To remedy this difficulty, the invention proposes to raise the
fréquence de coupure du filtre passe-haut du bloc 12, par exemple - cutoff frequency of the high-pass filter of block 12, for example -
mais de façon bien entendu non limitative - de 1 à 4 Hz, et d'appliquer au signal S2 une compensation inverse correspondante (bloc 20), pour délivrer un signal S3, ou "signal reconstruit" s'étendant sur une fenêtre but of course not limiting - from 1 to 4 Hz, and to apply to signal S2 a corresponding inverse compensation (block 20), to deliver a signal S3, or "reconstructed signal" extending over a window
d'écoute très étendue dans le domaine des basses fréquences, typique- wide range of listening in the field of low frequencies, typically
ment jusqu'à 0,1 Hz - cette valeur n'étant bien entendu pas limitative. up to 0.1 Hz - this value is of course not limiting.
Le signal S3 pourra être analysé par un module approprié (bloc 22), as- The signal S3 can be analyzed by an appropriate module (block 22), as
surant par exemple une analyse du segment ST qui requiert une bande for example an ST segment analysis that requires a band
passante du signal ECG débutant en fréquence à 0,1 Hz. passing ECG signal starting frequency at 0.1 Hz.
Dans une première forme de mise en oeuvre, les modules 20 et 22 In a first embodiment, modules 20 and 22
sont incorporés au dispositif implanté, de manière à permettre une étu- incorporated in the implanted device so as to enable
de en temps réel, et par le dispositif lui-même, du tracé endocavitaire. in real time, and by the device itself, the intracavitary tracing.
Dans une autre forme de mise en oeuvre, les modules 20 et 22 sont situés dans un programmateur externe, par exemple sous forme de routines spécifique d'un logiciel d'analyse de signal cardiaque, le signal endocavitaire numérisé étant alors transmis au programmateur par des moyens de télémétrie. Dans l'un et l'autre cas, le dispositif de compensation 20, tout comme le filtre passe-haut du bloc 12, peuvent être réalisés sous forme analogique, par des circuits de filtrage spécifiques. Mais il peuvent aussi, avantageusement, être réalisé de façon numérique, sous forme In another embodiment, the modules 20 and 22 are located in an external programmer, for example in the form of routines specific to a cardiac signal analysis software, the digitized endocavity signal then being transmitted to the programmer by telemetry means. In either case, the compensation device 20, like the high-pass filter of the block 12, can be made in analog form by specific filtering circuits. But they can also, advantageously, be realized digitally, in the form
de routines logicielles mises en oeuvre par le microprocesseur pre- software routines implemented by the first microprocessor
existant du dispositif.existing device.
On va maintenant expliquer plus en détail la manière dont opère le We will now explain in more detail how the
dispositif de compensation du bloc 20. block compensation device 20.
Sur la figure 2, on a représenté la courbe de réponse (diagramme de Bode) du bloc 12, dont la caractéristique 24 présente une partie plate entre deux fréquences f1 et f2, avec une atténuation au-delà de f2 FIG. 2 shows the response curve (Bode diagram) of block 12, whose characteristic 24 has a flat portion between two frequencies f1 and f2, with attenuation beyond f2.
(fonction passe-bas) et également une atténuation en-deçà de f1 (fonc- (low-pass function) and also an attenuation below f1 (function
tion passe-haut).high pass).
Le choix de la fréquence f1 est un compromis principalement fonc- The choice of frequency f1 is a compromise mainly
tion de considérations de taille des composants dans le bloc 12, mais il n'est pas critique. On notera cependant que cette fréquence f1, qui est size considerations in block 12, but it is not critical. Note however that this frequency f1, which is
typiquement de 4 Hz, est notablement supérieure aux fréquences habi- typically 4 Hz, is significantly higher than usual frequencies.
tuelles de coupure des filtres passe-haut des dispositifs classiques, de cut-offs of high-pass filters of conventional devices,
l'ordre de 1 Hz, ce qui permet de réduire la taille des composants. the order of 1 Hz, which reduces the size of the components.
La fréquence f2, qui n'est en fait pas concernée par l'invention, est The frequency f2, which is in fact not concerned by the invention, is
typiquement de l'ordre de 80 Hz, et définit la borne supérieure de la fe- typically of the order of 80 Hz, and defines the upper bound of the
nêtre d'écoute en entrée.be listening to the input.
Le filtre passe-haut du bloc 12 est généralement un filtre du pre- The high-pass filter of block 12 is generally a filter of the first
mier ordre, donnant pour la partie 30 de la caractéristique une atténu- first order, giving for part 30 of the characteristic an attenuation
ation de -6 dB/octave (on verra plus bas que l'on peut généraliser à des -6 dB / octave (we will see below that we can generalize to
ordres supérieurs).higher orders).
Sur la figure 3, on a reproduit en 24 cette caractéristique de la fi- In FIG. 3, this characteristic of FIG.
gure 2, à laquelle on va appliquer des compensations correspondant gure 2, to which corresponding compensation will be applied
aux caractéristiques 32 et 38, pour donner la bande passante résultan- 32 and 38, to give the resulting bandwidth
te 44 de la figure 4.44 of Figure 4.
Pour compenser l'atténuation 30 avec le point de coupure à 4 Hz, on applique une compensation 32 avec une réponse plate 34 au-delà de f1 = 4 Hz, et un gain 36 en-deçà. Idéalement, les deux fréquences sont identiques et égales à f1, mais en pratique on cherche à les apparier le mieux possible afin de ne pas générer de distorsions dans le signal reconstitué. On peut utiliser une fonction amplificatrice du premier ordre, donnant une pente de +6 dB/octave. La combinaison des pentes et 36 donne, en-deçà de f1, une réponse plate, permettant donc de To compensate for the attenuation 30 with the 4 Hz cut-off point, compensation 32 is applied with a flat response 34 above f1 = 4 Hz, and a gain 36 below. Ideally, the two frequencies are identical and equal to f1, but in practice we try to match them as well as possible so as not to generate distortions in the reconstituted signal. A first-order amplifying function can be used, giving a slope of +6 dB / octave. The combination of the slopes and 36 gives, below f1, a flat response, thus making it possible to
restituer les très basses fréquences du signal endocavitaire. to restore the very low frequencies of the endocavitary signal.
On a ainsi reconstitué les composantes spectrales qui avaient été The spectral components that had been
atténuées par le filtre passe-haut d'entrée du bloc 12. attenuated by the input high-pass filter of block 12.
La compensation 32 conduit cependant à une amplification infinie Compensation 32, however, leads to infinite amplification
pour une fréquence nulle, si bien qu'elle est éminemment instable. for a zero frequency, so that it is eminently unstable.
Pour corriger cette instabilité, on surajoute, dans l'étage de compensa- To correct this instability, we add, in the compensation stage,
tion 20, un filtre passe-haut dont la caractéristique 38 présente une ré- 20, a high-pass filter whose characteristic 38 has a
ponse plate 40 au-delà d'une fréquence fo, par exemple fo = 0,1 Hz, et flat response 40 above a frequency fo, for example fo = 0.1 Hz, and
un affaiblissement progressif 42 en-deçà de cette fréquence. a progressive attenuation 42 below this frequency.
Ce second filtre présente une fonction de stabilisation de la com- This second filter has a function of stabilizing the com-
pensation pour les très basses fréquences (inférieures à 0,1 Hz). Ce peut être un filtre du premier ordre (pente de -6 dB/octave) mais dans thought for very low frequencies (less than 0.1 Hz). It can be a first order filter (slope of -6 dB / octave) but in
ce cas la résultante des caractéristiques 32 et 38 amplifierait égale- this case the result of characteristics 32 and 38 would also amplify
ment la composante continue du signal, notamment la tension de déca- the continuous component of the signal, in particular the voltage of
lage (offset) résiduelle en sortie du bloc 12, avant numérisation par le bloc 13. C'est pourquoi, pour éviter d'avoir du gain sur la composante the residual offset at the output of block 12, before scanning by block 13. That is why, to avoid having a gain on the component
continue, on utilise de préférence un filtre 38 du second ordre: le pre- continuous, a filter 38 of the second order is preferably used: the first
mier ordre pour stabiliser la caractéristique de compensation 32 dans first order to stabilize the compensation feature 32 in
les très basses fréquences, et le second ordre pour annuler l'offset rési- very low frequencies, and the second order to cancel the offset
duel du bloc 12.duel of block 12.
Dans le cas d'un filtre du second ordre, les deux pôles de celui-ci peuvent être confondus (comme dans le cas illustré, o l'on a une pente constante de -12 dB/octave en-deçà de f0) ou distincte, les deux pôles In the case of a second-order filter, the two poles of it can be confused (as in the illustrated case, where one has a constant slope of -12 dB / octave below f0) or distinct , the two poles
ayant, comme on l'a indiqué, des rôles distincts. having, as noted, separate roles.
La solution peut être généralisée à des filtres d'ordre supérieur The solution can be generalized to higher order filters
pour une caractéristique 30 de n x - 6 db/octave (filtre passe-haut d'or- for a characteristic of n x - 6 db / octave (high pass filter of
dre n), la caractéristique 36 présentera une pente de n x+6 dB/octave (filtre de compensation d'ordre n) et la caractéristique 42 une pente de dre n), the characteristic 36 will have a slope of n x + 6 dB / octave (n-order compensation filter) and the characteristic 42 a slope of
(n+1) x -6 dB/octave (filtre passe-haut d'ordre n+l) ou, plus générale- (n + 1) x -6 dB / octave (high-pass filter of order n + 1) or, more generally
ment, une pente de (n+k) x -6 dB/octave, avec k > 1 (filtre passe-haut a slope of (n + k) x -6 dB / octave, with k> 1 (high pass filter
d'ordre n+k).of order n + k).
Les figures 5 à 7 illustrent l'efficacité du dispositif de l'invention FIGS. 5 to 7 illustrate the effectiveness of the device of the invention
sur un exemple de signal ECG.on an example ECG signal.
La figure 5 correspond au signal S1 sur le cathéter avant applica- FIG. 5 corresponds to the signal S1 on the catheter before application.
tion du filtrage passe-haut du bloc 12. high-pass filtering of block 12.
La figure 6 représente ce même signal après application du filtrage FIG. 6 represents this same signal after filtering has been applied
passe-haut du bloc 12, pour un filtre passe-haut du premier ordre à fré- block 12, for a first-order high-pass filter
quence de coupure de 10 Hz, c'est-à-dire le signal S2: on voit notam- 10 Hz cut-off, ie the S2 signal: we can see
ment que le segment ST (après le pic principal QRS) est notablement that the ST segment (after the main QRS peak) is significantly
déformé et ne peut être analysé convenablement sur la base de ce si- distorted and can not be properly analyzed on the basis of this
gnal.gnal.
La figure 7 illustre le signal S3, après application de la compensa- FIG. 7 illustrates the signal S3, after application of the compensation
tion selon l'invention: si l'on compare S3 et S1, on voit que le signal re- According to the invention, if we compare S3 and S1, we see that the signal
construit est extrêmement proche du signal originel, et peut donc être constructed is extremely close to the original signal, and can therefore be
analysé dans tous ses aspects par le praticien ou par un logiciel d'a- analyzed in all its aspects by the practitioner or by a software of
nalyse approprié.appropriate analysis.
L'invention, comme on l'a expliqué plus haut, est également appli- The invention, as explained above, is also applicable
cable à l'élargissement de la bande spectrale dans le domaine des fré- cable to the widening of the spectral band in the field of
quences élevées.high frequencies.
Sur les figures 8, 9 et 10, on a représenté les caractéristiques 24, 32, 38 et 44 des figures 2, 3 et 4, considérées dans le domaine des Figures 8, 9 and 10 show the characteristics 24, 32, 38 and 44 of Figures 2, 3 and 4, considered in the field of
fréquences élevées du diagramme de Bode. high frequencies of the Bode diagram.
Au-delà d'une fréquence f2, par exemple f2 = 80 Hz, la caractéristi- Beyond a frequency f2, for example f2 = 80 Hz, the characteristic
que fréquentielle 26 de l'étage d'entrée (figure 8) présente une atténua- frequency 26 of the input stage (FIG. 8) has an attenuation
tion 30' de -6 dB/octave ou, de façon plus générale, de n x -6 dB/octave, 30 'of -6 dB / octave or, more generally, n x -6 dB / octave,
n étant l'ordre du filtre passe-bas correspondant. n being the order of the corresponding low-pass filter.
La figure 9 représente, dans le haut du spectre, la caractéristique 32 de l'étage d'accentuation, qui présente en deçà de f2 une partie plate 34 et au-delà de f2 une accentuation 36' de +6 dB/octave, ou, dans le cas FIG. 9 represents, at the high end of the spectrum, the characteristic 32 of the enhancement stage, which has, below f2, a flat portion 34 and beyond f2 an accentuation 36 'of +6 dB / octave, or , in the case
général, de n x +6 dB/octave.general, of n x + 6 dB / octave.
Le second filtre passe-bas présente une caractéristique 38 avec une The second low-pass filter has a characteristic 38 with a
partie plate 40 et une atténuation 42' au-delà d'une fréquence f3, choi- flat portion 40 and an attenuation 42 'beyond a frequency f3, choose
sie supérieure à f2 (par exemple une fréquence f3 = 200 Hz), avec une is greater than f2 (for example a frequency f3 = 200 Hz), with a
pente de -12 dB/octave (ou, dans le cas général, de (n + 1) x -6 dB/octa- slope of -12 dB / octave (or, in the general case, of (n + 1) x -6 dB / octah-
ve) ou, plus généralement, une pente de (n+k) x -6 dB/octave, avec ve) or, more generally, a slope of (n + k) x -6 dB / octave, with
k > 1 (filtre passe-haut d'ordre n+k). Ceci permet d'assurer, par ana- k> 1 (high-pass filter of order n + k). This ensures, by
logie à ce qui a été exposé plus haut et en transposant le raisonnement aux hautes fréquences, la stabilité du système et la non-amplification to what has been explained above and by transposing the reasoning to high frequencies, the stability of the system and the non-amplification
du bruit résiduel en sortie du bloc 12 au-delà de la fréquence de cou- residual noise at the output of the block 12 beyond the frequency of
pure f3'pure f3 '
La figure 10 illustre la bande passante résultante 44 dans le do- Figure 10 illustrates the resulting bandwidth 44 in the
maine des fréquences élevées, avec une partie plate 46 jusqu'à la fré- high frequencies, with a flat portion 46 up to the frequency
quence f3 (typiquement, f3 = 200 Hz), permettant de restituer les com- quence f3 (typically, f3 = 200 Hz), making it possible to restore the com-
posantes spectrales significatives situées notamment dans la bande 80- significant spectral components located in particular in the 80-
Hz, puis une forte atténuation 50' au-delà de f3, permettant d'atté- Hz, then a strong attenuation 50 'beyond f3, allowing to attenuate
nuer les composantes non significatives du signal, et tout particulière- the nonsignificant components of the signal, and especially
ment la composante de bruit.the noise component.
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